TWI594840B - 製造經溝槽化之化學機械硏磨層之方法 - Google Patents

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傑弗瑞 詹姆斯 漢卓恩
肯尼斯 瓦瓦拉
傑弗瑞 伯查德 米勒
布萊恩Ｔ 康翠爾
詹姆士Ｔ 磨內
凱薩林 麥克哈吉
喬治Ｈ 麥克蘭
杜瑞Ａ 哈特
羅伯特Ａ 伯帝
克里斯多佛Ａ 楊
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羅門哈斯電子材料Ｃｍｐ控股公司
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Description

製造經溝槽化之化學機械研磨層之方法
大體而言，本發明係有關於製造研磨層之領域。尤其是，本發明係有關於製造用於化學機械研磨墊之經溝槽化研磨層之方法。
在製造積體電路與其他電子裝置時，係在半導體晶圓表面上沈積或從之移除複數層的導電性、半導電性及介電性材料。導電性、半導電性及介電性材料之薄層可以數種沈積技術沈積。在現今機械加工中之常見沈積技術包括物理氣相沈積(PVD)，亦稱為濺鍍、化學氣相沈積(CVD)、電漿加強化學氣相沈積(PECVD)，以及電化學鍍覆法(ECP)。
當材料層依序被沈積與移除時，晶圓最上層表面係變為非平面。由於後續之半導體加工(例如，金屬化)需要晶圓具有平坦表面，因此晶圓需要進行平坦化。平坦化有用於移除不希望之表面外形與表面缺陷，如粗糙表面、結塊材料、晶格缺陷、刮傷與受污染層或材料。
化學機械平坦化或化學機械研磨(CMP)，係用於使如半導體晶圓的基板平坦化之常見技術。在傳統CMP中，晶圓係置 於載具組合件上，並安置成與CMP裝置中之研磨墊接觸。該載具組合件提供晶圓可控制之壓力，將晶圓壓向該研磨墊。該墊可藉由外部驅動力相對於晶圓移動(例如，轉動)。同時，於晶圓與研磨墊之間提供化學組成物(“漿液”)或其他研磨溶液。因此，藉由研磨墊表面與漿液之化學與機械作用，將晶圓表面研磨並使其平坦化。
典型地，用於化學機械研磨墊之研磨層具有一個或多個溝槽之研磨表面，將溝槽併入化學機械研磨墊之研磨表面有多個原因，包括：(A)用於提供被研磨基板與研磨墊間接觸的必要流體力學狀態(如果該研磨墊係為未經溝槽化或未打孔時，連續的研磨介質層可存在於該基板與造成水漂(hydroplaning)的研磨墊之間，其可避免研磨墊與基板間均勻的緊密接觸並且顯著地降低基板材料的切除率(removal rate))；(B)用於確保該研磨介質均勻地分佈於該研磨墊的研磨表面，且充分的研磨介質到達該基板的中心(這點非常重要，當研磨如銅的反應金屬，其中該研磨化學組分係與機械組件同樣重要；需要將均勻的研磨介質分佈於該基板，以達到與該基板的中心與邊緣相同的研磨速率；然而，該研磨介質層的厚度不應該大到讓研磨墊無法與基板直接接觸)；(C)用於控制研磨墊的整體及局部剛性(此控制基板表面的均勻性且控制用於平整不同高度之基板特徵的研磨墊能力以給予高度平坦的表面)；以及(D)作為自研磨墊移除研磨碎片的通道(碎片的堆積增加基板刮痕與其他缺陷的可能性)。
一種特別常見用於許多研磨應用的溝槽花紋組合弧形溝槽與複數個形成XY類型的直線溝槽(例如：複數個具有複數 個形成XY類型的直線溝槽的同心圓溝槽)。然而，用於製備具有此溝槽組合的研磨墊之傳統技術通常導致縱梁缺陷(stringer defects)的產生(參見第9圖)。此外，使情況變得更糟，市場上有三種趨勢使得縱梁缺陷的產生更值得關注。首先，希望藉由增加溝槽的深度以增加研磨墊的可用壽命。第二，希望以目前具有直徑大於100公分的大格式研磨墊增加研磨墊的尺寸。最後，希望提供以越來越低模數的聚合物所製成的研磨墊以提供經改進的研磨缺陷性能。各種趨勢傾向在研磨墊的製造過程中增加縱梁缺陷產生的可能性。
Reinhardt等人之第5,578,362號美國專利揭示一種技術領域所知的例示性研磨墊。Reinhardt之研磨墊包含具有微球分散於其中之聚合物基質。一般而言，微球可與液態聚合物材料摻合與混合，並轉移至模具中以進行固化。技術領域中之傳統智慧為在轉移過程中，將對模具空腔中內容物之擾動降至最小。為了達到此結果，將可固化材料加至模具空腔之噴嘴開口的位置一般會維持在相對於模具空腔之橫截面之中心，且當可固化材料收集至模具空腔中時，盡量相對於可固化材料之頂部表面維持靜止。因此，噴嘴開口的位置一般僅於單一維度方向移動，以於整個轉移過程中，使噴嘴開口保持在模具空腔中可固化材料的頂部表面之上方的預設高度。之後使用切割刀片將成型之物件切片形成研磨層，該刀片週期性地以磨石磨利。可惜的是，以此方式形成之研磨層可能會存在不希望之缺陷(例如，密度缺陷與不平均之擦傷表面)。
密度缺陷係表示為研磨層材料之容積密度(bulk density)之差異。換言之，為具有較低填充物濃度(如Reinhardt研磨層中之微球)之區域。密度缺陷是不希望出現的，因為咸信於研磨層之使用壽命，密度缺陷會在各研磨層之間以及單一研磨層內，造成無法預期且可能是傷害性的研磨表現差異。
越來越希望製造展現超平坦研磨表面之研磨層。
因此，目前需要一種用於製造化學機械研磨墊之研磨層的改良方法，其中可進一步最小化或消除不希望之密度缺陷之形成，其中可最小化研磨層之研磨表面的表面粗糙度，且其中可最小化縱梁缺陷的產生。
本發明係提供一種製造研磨層的方法，該研磨層具有用於化學機械研磨墊之經溝槽化研磨表面，其中該方法包括：提供具有未經溝槽化研磨表面之研磨層；首先機械加工至少一個彎曲溝槽至該未經溝槽化研磨表面；以及，之後機械加工XY網格圖案之複數個直線溝槽至該研磨表面，以產生具有經溝槽化研磨表面之研磨層；其中，係藉由逐步向下製程(step down process)機械加工該複數個直線溝槽，其中，溝槽切割工具作出多次連續切割動作(cutting passes)，以形成各直線溝槽，以及，其中，各連續切割動作增加所形成的該直線溝槽的深度。
本發明係提供一種製造研磨層的方法，該研磨層具有用於化學機械研磨墊之經溝槽化研磨表面，其中該方法包括：提供未經溝槽化研磨表面之研磨層；提供模具，其具有模具基座、以及與該模具基座附接之周圍壁；提供具有頂部表面、底部表面以及平均厚度為2至10公分(cm)之襯墊；提供黏著劑；提供包含 液態預聚合物之可固化材料；提供具有噴嘴開口之噴嘴；提供具有刀刃之切割刀片；提供磨刀皮條；提供磨刀化合物；使用該黏著劑將該襯墊之底部表面黏合至該模具基座，其中該襯墊之頂部表面與該周圍壁定義出模具空腔；在注入期(CP)期間，經由該噴嘴開口將該可固化材料注入至該模具空腔中；使該模具空腔中之該可固化材料固化為餅狀物；將該周圍壁自該模具基底及該餅狀物分離；將該磨刀化合物施加至該刀刃；以該磨刀皮條將該切割刀片磨利；以及使用該切割刀片將該餅狀物切片，以提供該未經溝槽化研磨表面之研磨層；首先機械加工至少一個彎曲溝槽至該未經溝槽化研磨表面；以及，之後機械加工XY網格圖案之複數個直線溝槽至該研磨表面，以產生該經溝槽化研磨表面之研磨層；其中，該複數個直線溝槽係藉由逐步向下製程所機械加工，其中溝槽切割工具作出多次連續切割動作，以形成各直線溝槽，以及其中各連續切割動作增加所形成的該直線溝槽的深度。
本發明係提供一種製造研磨層的方法，該研磨層具有用於化學機械研磨墊之經溝槽化研磨表面，其中該方法包括：提供未經溝槽化研磨表面之研磨層；提供模具，其具有模具基座，以及與該模具基座附接之周圍壁；提供具有頂部表面、底部表面以及平均厚度為2至10公分之襯墊；提供黏著劑；提供包含液態預聚合物之可固化材料及複數個微型元件；提供具有噴嘴開口之噴嘴；提供具有刀刃之切割刀片；提供磨刀皮條；提供磨刀化合物；使用該黏著劑將該襯墊之底部表面黏合至該模具基座，其中該襯墊之頂部表面與該周圍壁定義出模具空腔；其中該襯墊之頂部表面定義出該模具空腔之水平內部邊界，其中該模具之內部水 平邊界係沿著x-y平面定向，其中該模具空腔具有與該x-y平面垂直的中心軸(Caxis)，且其中，該模具空腔具有圓環孔洞區域與圓環區域；在注入期(CP)期間，經由該噴嘴開口將該可固化材料注入至該模具空腔中，其中該注入期(CP)係分成稱為初始階段、過渡階段與剩餘階段的三個獨立階段；其中，該噴嘴開口具有位置，且其中，在該注入期(CP)期間，該噴嘴開口的位置會沿著該模具空腔的中心軸(Caxis)相對於該模具基座移動，以於該可固化材料收集至該模具空腔中時，將該噴嘴開口的位置維持在該模具空腔中可固化材料之頂部表面上方；其中，在整個該初始階段期間，該噴嘴開口的位置係位於該圓環孔洞區域內；其中，在該過渡階段期間，該噴嘴開口的位置由該圓環孔洞區域內轉移至該圓環區域內；以及，其中，在該剩餘階段期間，該噴嘴開口的位置係位於該圓環區域內；其中，該模具空腔具有近似正圓柱形區域，該正圓柱形區域具有實質上為圓形之橫截面(Cx-sect)；其中，該模具空腔具對稱軸(Cx-sym)，其與該模具空腔的中心軸(Caxis)一致；其中，該正圓柱形區域的橫截面面積(Cx-area)定義如下：Cx-area=π rC 2,其中，rC為投影在x-y平面上之模具空腔的橫截面面積(Cx-area)之平均半徑；其中，該圓環孔洞區域為在該模具空腔中將圓形橫截面(DHx-sect)投影至x-y平面的正圓柱形區域，該正圓柱形區域具有對稱軸(DHaxis)；其中，該圓環孔洞的橫截面面積(DHx-area)定義如下：DHx-area=π rDH 2,其中，rDH為該圓環孔洞區域之圓形橫截面(DHx-sect)之半徑；其中，該圓環區域為在該模具空腔中環狀橫截面(Dx-sect)投影至x-y平面 上的之環形區域，該環形區域具有圓環區域對稱軸(Daxis)；其中，該環狀橫截面(Dx-sect)的橫截面面積(Dx-area)定義如下：Dx-area=π RD 2-π rD 2其中，RD為該圓環區域之環狀橫截面(Dx-sect)之較大半徑；其中，rD為該圓環區域之環狀橫截面(Dx-sect)之較小半徑；其中，rD rDH；其中，RD>rD；其中，RD<rC；其中，各Cx-sym、DHaxis與Daxis皆與該x-y平面垂直；使該模具空腔中之該可固化材料固化為餅狀物；將該周圍壁自該模具基底及該餅狀物分離；將該磨刀化合物施加至該刀刃；以該磨刀皮條將該切割刀片磨利；以及使用該切割刀片將該餅狀物切片，以提供該未經溝槽化研磨表面之研磨層；首先機械加工至少一個彎曲溝槽至該未經溝槽化研磨表面；以及，之後機械加工XY網格圖案之複數個直線溝槽至該研磨表面，以產生該經溝槽化研磨表面之研磨層；其中，該複數個直線溝槽係藉由逐步向下製程所機械加工，其中溝槽切割工具作出多次連續切割動作，以形成各直線溝槽，以及其中各連續切割動作增加所形成的該直線溝槽的深度。
1‧‧‧模具
2‧‧‧模具基座
3‧‧‧底部表面
4‧‧‧襯墊
5‧‧‧平均厚度
6、12‧‧‧襯墊頂部表面
7‧‧‧襯墊黏著劑
8、15‧‧‧周圍壁
14、112‧‧‧水平內部邊界
18‧‧‧垂直內部邊界
10‧‧‧模具
20‧‧‧模具空腔
21‧‧‧中心點
22‧‧‧模具空腔的中心軸
24‧‧‧橫截面Cx-sect
30、130‧‧‧x-y平面
40、140‧‧‧圓環孔洞區域
42、142‧‧‧圓環孔洞區域對稱軸DHaxis
44‧‧‧圓形橫截面DHx-sect
46‧‧‧DHx-sect之半徑
50、150‧‧‧圓環區域
52、152‧‧‧圓環區域對稱軸Daxis
54‧‧‧環狀橫截面Dx-sect
56‧‧‧環狀橫截面Dx-sect之較大半徑
58‧‧‧環狀橫截面Dx-sect之較小半徑
60‧‧‧噴嘴
62、62a、62b‧‧‧噴嘴開口
63a、63b‧‧‧最小圓形
64a、64b‧‧‧半徑
65‧‧‧距離
70‧‧‧可固化材料
72‧‧‧可固化材料之頂部表面
80‧‧‧初始階段起點SPIP
81a、81b‧‧‧初始階段終點EPI
82a、82b‧‧‧過渡階段起點SPTP
83a、83b‧‧‧過渡階段路徑
84‧‧‧直線
85‧‧‧過渡階段路徑
87‧‧‧一對相連接之線
88‧‧‧過渡階段之過渡點TPTP
89‧‧‧過渡階段終點EPTP
90‧‧‧剩餘階段起點SPRP
92‧‧‧剩餘階段過渡點TPRP
95‧‧‧剩餘階段路徑
97‧‧‧等長的線
100‧‧‧規則十邊形
120、220‧‧‧模具空腔
122、222‧‧‧模具空腔的中心軸Caxis
第1圖為模具之側視圖。
第2圖為模具之頂部/側面透視圖，其具有實質上為圓形之橫截面之模具空腔。
第3圖為模具之頂部/側面透視圖，其具有實質上為圓形之橫截面之模具空腔，該模具空腔內具圓環孔洞區域與圓環區域。
第4圖為第3圖之圓環孔洞區域與圓環區域之頂部平面圖。
第5A圖為模具空腔之頂部/側面透視圖，該模具空腔具有實質上為圓形之橫截面，在模具空腔中置有噴嘴，其中該模具空腔係部分填充可固化材料。
第5B圖為第5A圖之模具空腔之側視圖。
第6A圖為模具空腔之頂部/側面透視圖，該模具空腔具有圓環孔洞區域與圓環區域之實質上圓形之橫截面，此圖提供多個例示性初始階段與過渡階段之路徑。
第6B圖為第6A圖之模具空腔之側視圖。
第6C圖為第6A圖之模具空腔之頂部平面圖，顯示第6A圖之初始階段與過渡階段路徑的x-y平面投影。
第7A圖為模具空腔之頂部/側面透視圖，該模具空腔具圓環孔洞區域與圓環區域之實質上圓形橫截面，此圖並提供例示性剩餘階段路徑。
第7B圖為第7A圖之模具空腔之側視圖。
第7C圖為第7A圖之模具空腔之頂部平面圖，顯示第7A圖之剩餘階段路徑的x-y平面投影。
第8A圖為噴嘴開口之平面圖，其中該噴嘴開口為圓形。
第8B圖為噴嘴開口之平面圖，其中該噴嘴開口為非圓形。
第9圖為具有縱梁缺陷250之研磨層225的部分研磨表面之俯視圖。
令人驚訝地，已發現在製造用於化學機械研磨墊時，其中該研磨層具有至少一個彎曲溝槽及形成XY圖案之複數個線性溝槽的研磨表面，其機械加工直線溝槽至具有至少一個預 先使用逐步向下製程之機械加工彎曲溝槽之研磨表面，(其中，溝槽切割工具作出多次連續切割動作，以形成各直線溝槽，其中，各連續切割動作增加所形成的該直線溝槽的深度)，當相較於使用相同製程，但使用單一動作且全深度切割技術機械加工該複數個直線溝槽所產生的研磨層，其導致減少縱梁缺陷形成。
已驚奇地發現提供本發明之具有未溝槽化研磨表面之研磨層的較佳方法，其涉及在注入可固化材料至模具空腔中之同時，噴嘴開口的位置沿著與圍繞著模具空腔的中心軸(Caxis)移動，而使可固化材料透過該噴嘴開口以三個維度方向注入模具空腔，可顯著降低所製造之研磨層之密度缺陷，此係相較於以相同製程但噴嘴開口的位置僅沿著模具空腔的中心軸(Caxis)於單一維度方向移動所製造之研磨層而言。目前亦發現，相較於使用相同製程但在整個注入期(CP)期間，其噴嘴開口的位置僅沿著模具空腔的中心軸(Caxis)於單一維度方向移動(即，於可固化材料收集至該模具空腔中時，將該位置維持在模具空腔中可固化材料的頂部表面之上方的預定高度處)，且在進行餅狀物切割前，切割刀片係以石頭磨利而非磨刀皮條磨利者而言。已發現在將餅狀物切割為複數個未溝槽化之研磨層後，切割刀片之刀刃會有極小變形且成波浪狀。一般相信以石頭磨利刀刃之先前技術的方法，會導致從刀刃之波浪部分移除材料，以提供平坦研磨表面，但代價為切割刀片長邊之刀刃之強度特性會有差異；導致切割特性不均勻，於是所製造之未溝槽化研磨層的表面粗糙度增加。令人驚訝地發現刀刃以磨刀皮條磨利可幫助刀刃波浪狀部分平坦化與磨平，同時維持沿切割刀片長度方向之刀刃一致性；導致由此製造之未溝槽化 研磨層之表面粗糙度明顯降低。一般相信研磨表面之粗糙度降低，在後續使用含有研磨層之化學機械研磨墊時，可改善研磨缺陷度之表現。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「表面粗糙度」，係指使用表面光度儀(profilometer)測定的未溝槽化研磨層之研磨表面粗糙度，舉例而言，使用下列參數設定的Zeiss Surfcom表面光度儀：測量形式--高斯(Gaussian)；傾斜度--線狀；傾斜校正--最小平方；測量長度--0.6英吋(15.24mm)；截止(cutoff)波長--0.1英吋(2.54mm)；測量速度--0.24英吋/s(6.1mm/s)；以及截止(cutoff)濾光鏡比例--300。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「注入期或CP」，係指可固化材料注入模具空腔之該段時間期(以秒為單位)，起始自最先可固化材料注入模具空腔的瞬間，直到最後可固化材料注入模具空腔的瞬間。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「注入速率或CR」，係指在注入期(CP)期間(單位為秒)，可固化材料注入模具空腔之物質流動速率(單位為kg/秒(sec))。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「初始階段起點或SPIP」，係指在注入期之初始階段開始時(其與注入期之開始一致)的噴嘴開口的位置。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「初始階段終點或EPIP」，係指在注入期之初始階段結束時(其緊接著進行注入期之過渡階段之開始)的噴嘴開口的位置。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「初始階段 路徑」，係指在注入期之初始階段期間，噴嘴開口的位置之移動路徑(若有任何移動)，此路徑從初始階段之起點(SPIP)到初始階段之終點(EP1P)。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「過渡階段起點或SPTP」，係指在注入期之過渡階段開始時的噴嘴開口的位置。過渡階段起點(SPTP)與初始階段終點(EPIP)位於同一位置。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「過渡階段過渡點或TPTP」，係指在注入期之過渡階段期間，噴嘴開口的位置，在該處，噴嘴開口的位置的移動方向相對於模具空腔的中心軸(Caxis)改變(即，在x與y軸維度之移動方向)。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「過渡階段終點或EPTP」，係指在模具空腔圓環區域中，噴嘴開口之第一位置，在該處，噴嘴開口的位置之移動方向相對於模具空腔的中心軸(Caxis)改變。過渡階段終點(EPTP)，亦為在注入期之過渡階段結束時(其立即接續進行注入期之剩餘階段)之噴嘴開口的位置。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「過渡階段路徑」，係指在注入期之過渡階段期間，從過渡階段起點(SPTP)至過渡階段終點(EPTP)之噴嘴開口的位置所採取之路徑。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「剩餘階段起點或SPRP」，係指在注入期之剩餘階段開始時之噴嘴開口的位置。剩餘階段起點(SPRP)與過渡階段終點(ETP)位於同一位置。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「剩餘階段過渡點或TPRP」，係指在注入期之剩餘階段期間之噴嘴開口的位置，於該處，噴嘴開口的位置之移動方向相對於模具空腔的中心 軸(Caxis)改變。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「剩餘階段終點或EPRP」，係指在注入期之剩餘階段結束時之噴嘴開口的位置，其與注入期之終點一致。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「剩餘階段路徑」，係指在注入期之剩餘階段期間，從剩餘階段起點(SPRP)至剩餘階段終點(EPRP)之噴嘴開口的位置所採取之路徑。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「聚(氨基甲酸乙酯)」，包含由雙官能基或多官能基之異氰酸酯(包括異氰酸酯封端預聚物)與含有活性氫基團化合物反應所衍生之產物，其含有活性氫基團化合物包括但不限於多元醇、二醇、胺類、水或其組合。此反應產物之實例包括但不限於聚氨基甲酸乙酯、聚脲、聚氨基甲酸乙酯脲(polyurethaneureas)、聚醚氨基甲酸乙酯(polyetherurethanes)、聚酯氨基甲酸乙酯(polyesterurethanes)、聚醚脲(polyetherureas)、聚酯脲(polyesterureas)、聚異氰脲酸酯(polyisocyanurates)、其共聚物及其混合物。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「實質上非孔性」，係用於形容該襯墊，意指該襯墊含有5體積%之孔洞。
於此與後附申請專利範圍中，使用來形容在注入期期間可固化材料注入速率之術語「基本上固定」，係意指滿足下列二式： 其中，CRmax為在注入期間可固化材料注入模具空腔之最大質量流 動速率(單位為kg/秒)；其中，CRmin為在注入期間可固化材料注入模具空腔之最小質量流動速率(單位為kg/秒)；以及，其中，CRavg為在整個注入期可固化材料注入模具空腔之總質量(單位為kg)除以注入期長度(單位為秒)之值。
於此與後附申請專利範圍中，使用來形容可固化材料之術語「成膠時間」，係指使用依據ASTM D3795-00a(2006年重新核准)(Standard Test Method for Thermal Flow,Cure,and Behavior Properties of Pourable Thermosetting Materials by Torque Rheometer)之標準測試法測定的該混合物之總固化時間。
於此與後附申請專利範圍中，用來形容溝槽之術語「實質上圓形」係指溝槽之最長直徑比溝槽之最短直徑長20%。
於此與後附申請專利範圍中，用來形容模具空腔(20)之術語「實質上圓形之橫截面」係指投影至x-y平面(30)上時，模具空腔(20)自模具空腔的中心軸(Caxis)(22)至周圍壁(15)之垂直內部邊界(18)之最長半徑rC係較投影至x-y平面(30)時自模具空腔的中心軸(Caxis)(22)至周圍壁(15)之垂直內部邊界(18)之最短半徑rC長20%(請見第2圖)。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「模具空腔」，係指由對應於襯墊(4)頂部表面(6,12)之水平內部邊界(14)，以及周圍壁(15)之垂直內部邊界(18)所定義出之體積(請見第1至3圖)。
於此與後附申請專利範圍中，用來形容相較於研磨表面之平面的研磨層的對稱軸之彎曲溝槽的對稱軸術語「實質上一致」，係指彎曲溝槽之對稱軸落入圓形區域，其圓形區域係指在 中心具有研磨層的對稱軸之研磨表面平面及在研磨表面平面具有半徑等於研磨層的最長半徑的10%。
於此與後附申請專利範圍中，用來形容第一特徵(如水平內部邊界；垂直內部邊界)與第二特徵(如軸、x-y平面)之相對位置之術語「實質上垂直」，係指該第一特徵與該第二特徵間呈80至100°間的角度。
於此與後附申請專利範圍中，用來形容第一特徵(如水平內部邊界；垂直內部邊界)與第二特徵(如軸、x-y平面)之相對位置之術語「基本上垂直」，係指該第一特徵與該第二特徵間呈85至95°間的角度。
使用於此與後附申請專利範圍中的術語「密度缺陷」，係指研磨層中之一區域相對於研磨層之其他區域，具有明顯降低之填充物濃度。藉由將研磨層置於照光台上，可以人眼裸視檢查出密度缺陷，其中，該密度缺陷係呈現為相較於研磨層之其他部分，具明顯較高透明度之區域。
於此與後附申請專利範圍中，用來形容噴嘴開口之術語「噴嘴開口半徑或rNO」，係指完全包含噴嘴開口之最小圓形(SC)之半徑rSC。亦即，rNO=rSC。為了示範之目的，請見第8A至8B圖。第8A圖為噴嘴開口(62a)之平面圖，其噴嘴開口被具有半徑(rSC)(64a)之最小圓形(SC)(63a)所完全包含；其中，該噴嘴開口為圓形。第8B圖為噴嘴開口(62b)之平面圖，其噴嘴開口被具有半徑(rSC)(64b)之最小圓形(SC)(63b)所完全包含；其中，該噴嘴開口為非圓形。較佳地，rNO為5至13mm。更佳的rNO則為8至10mm。
用於本發明之具有未溝槽化研磨表面之研磨層較佳 係自餅狀物所提供，係使用模具(1)，其具有模具基座(2)以及與該模具基座(2)附接之周圍壁(8)；其中，具有頂部表面(6)、底部表面(3)以及平均厚度(5)tL之襯墊(4)，係使用插置於襯墊(4)之底部表面(3)與模具基座(2)之間之襯墊黏著劑(7)而結合至該模具基座(2)(請見第1圖)。
襯墊(4)可於固化材料反應形成固體狀餅狀物時幫助可固化材料之配對，其中該可固化材料以足夠強度黏著至襯墊(4)，使得該經固化之餅狀物不會在切割時自襯墊分離。較佳為，所使用之襯墊(4)可週期性地自模具基座(2)移除與替換。所使用之襯墊(4)為可於該可固化材料固化時，為該可固化材料所黏著之任一材料。較佳為，所使用之襯墊(4)為聚氨基甲酸乙酯聚合物材料。更佳為，所使用之襯墊(4)係形成自甲苯二異氰酸酯與聚四亞甲基醚二醇與芳香二胺固化劑之預聚合物反應產物。最佳為該芳香二胺固化劑係選自於4,4’-亞甲基-雙-o-氯苯胺，以及4,4’-亞甲基-雙-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)。較佳為，該預聚合物反應產物具有6.5至15.0重量%之未反應NCO濃度。市售之預聚合物具有未反應NCO濃度6.5至15.0wt%者包括如：Airthane®預聚物PET-70D、PHP-70D、PET-75D,PHP-75D、PPT-75D與PHP-80D，由Air Products and Chemicals,Inc.製造；以及Adiprene®預聚物，LFG740D、LF700D、LF750D、LF751D、LF753D與L325，由Chemtura製造。較佳為，該固化劑與預聚合物反應產物以化學計量比為85比125%(更佳為90比115%；最佳為95比105%)之固化劑之NH2(或OH)，比預聚合物中未反應NCO組合。此化學計量可直接達成(藉由提供該計量之原料)，或間接達成(藉由有意地將某些NCO與水 反應或藉由暴露於外在濕氣中)。所使用之襯墊(4)可為孔性或非孔性。較佳為，所使用之襯墊(4)可實質上為非孔性。
所使用之襯墊(4)較佳具有平均厚度(5)(tL)2至10cm(更佳為2至5cm)，使用花崗岩底座比較儀(granite base comparator)測量(如Chicago Dial Indicator Cat# 6066-10)橫跨襯墊(4)之複數個隨機選擇點(如10個點)(請見第1圖)。
所使用之襯墊黏著劑(7)，可為任一適用於將模具基座(2)與襯墊(4)黏合之黏著劑。例如，所使用之黏著劑(7)可選自壓力敏感性黏著劑、熱熔融黏著劑、接觸性黏著劑，及其組合。較佳為，所使用之黏著劑(7)將(a)以足夠強度將襯墊(4)黏合至模具基座(2)，以預防在餅狀物切割操作時，襯墊(4)自模具基座(2)脫離；以及將(b)自模具基座(2)上移除，而不使模具基座(2)受到物理性傷害，或殘留傷害性殘餘物(即該殘餘物會損害模具基座(2)與替換之襯墊間之功能性黏合)。較佳為，該黏著劑(7)為壓力敏感性黏著劑。
所使用之模具基座(2)可為任何適用之剛性材料，其將支撐待注入模具空腔之該可固化材料之重量；將幫助經填充模具在用於注入裝置、固化裝置(如大烘箱)與切割該固化餅狀物之裝置間之轉移；以及可抵抗製程中之溫度波動而不會變形。較佳為，所使用之模具基座(2)係由不鏽鋼(更佳為316不鏽鋼)製造。
所使用之襯墊頂部表面(12)係定義出模具空腔(20)之水平內部邊界(14)(請見第2至3圖)。較佳為，該模具空腔(20)之水平內部邊界(14)為平的。更佳為，該模具空腔(20)之水平內部邊界(14)為平的，且實質上垂直於模具空腔的中心軸(Caxis)。最佳為，該模具空腔(20)之水平內部邊界(14)為平的，且基本上垂直於 模具空腔的中心軸(Caxis)。
所使用之模具(10)之周圍壁(15)，係定義了模具空腔(20)之垂直內部邊界(18)(請見第2至3圖)。較佳為，該周圍壁係定義了模具空腔(20)之垂直內部邊界(18)，其實質上垂直於x-y平面(30)。更佳為，該周圍壁係定義了模具空腔(20)之垂直內部邊界(18)，其基本上垂直於x-y平面(30)。
模具空腔(20)具有中心軸(Caxis)(22)，其與z-軸一致，並與模具空腔(20)的水平內部邊界(14)於中心點(21)交叉。較佳為，該中心點(21)係位於模具空腔(20)投影至x-y平面(30)上之橫截面(Cx-sect)(24)之幾何中心(請見第2至4圖)。
模具空腔投影至x-y平面之橫截面(Cx-sect)，可為任何規則或不規則二維形狀。較佳為，模具空腔橫截面(Cx-sect)係選自於多邊形與橢圓形。更佳為，模具空腔橫截面(Cx-sect)為實質上圓形之橫截面，且具有平均半徑rC(較佳為，其中rC為20至100cm；更佳為，其中rC為25至65cm；最佳為，其中rC為40至60cm)。最佳為，模具空腔近似正圓柱狀區域，其具有實質上圓形之橫截面(Cx-sect)；其中，模具空腔具有對稱軸(Cx-sym)，其與模具空腔的中心軸(Caxis)一致；其中，該正圓柱狀區域的橫截面面積(Cx-area)定義如下：Cx-area=π rC 2，其中，rC為投影至x-y平面之模具空腔的橫截面面積(Cx-area)之平均半徑；以及，其中，rC為20至100cm(更佳為25至65cm；最佳為40至60cm)。
模具空腔(20)具有圓環孔洞區域(40)與圓環區域(50)。 (請見第3至4圖)。
較佳為，模具空腔(20)之圓環孔洞區域(40)為在模具空腔(20)將圓形橫截面(DHx-sect)(44)投影至x-y平面(30)上的正圓柱狀區域，該正圓柱狀區域具有圓環孔洞區域對稱軸(DHaxis)(42)；其中，該DHaxis與模具空腔的中心軸(Caxis)以及z-軸一致(請見第3至4圖)。該圓環孔洞區域(40)之圓形橫截面(DHx-sect)(44)的橫截面面積(DHx-area)，定義如下：DHx-area=π rDH 2，其中，rDH為圓環孔洞區域之圓形橫截面(DHx-sect)(44)之半徑(46)。較佳為，其中，rDH rNO(更佳為，其中，rDH為5至25mm；最佳為，其中，rDH為8至15mm)。
較佳為，該模具空腔(20)之圓環區域(50)為在模具空腔(20)內將環狀橫截面(Dx-sect)(54)投影至x-y平面(30)上之環形區域，該環形區域具有圓環區域對稱軸(Daxis)(52)；其中，該Daxis與模具空腔的中心軸(Caxis)以及z-軸一致(請見第3至4圖)。圓環區域(50)之環狀橫截面(Dx-sect)(54)的橫截面面積(Dx-area)定義如下：Dx-area=π RD 2-π rD 2,其中，RD為圓環區域之環狀橫截面(Dx-sect)之較大半徑(56)；其中，rD為圓環區域之環狀橫截面(Dx-sect)之較小半徑(58)；其中rD rDH；其中RD>rD；其中RD<rC。較佳為，其中rD rDH，且其中rD為5至25mm。較佳為，其中rD rDH，且其中rD為8至15mm。較佳為，其中rD rDH；其中RD>rD；且其中RD (K*rC)，其中K為0.01至0.2(更佳為，其中K為0.014至0.1；最佳為，其中K為0.04至0.086)。更佳為，其中rD rDH；其中RD>rD；且其中RD為20至 100mm(更佳為，其中RD為20至80mm；最佳為，其中RD為25至50mm)。
注入期(CP)長度，單位為秒，可明顯變化。例如，注入期(CP)的長度將取決於模具空腔之尺寸、平均注入速率(CRavg)及可固化材料之特性(如成膠時間)。較佳為，該注入期(CP)為60至900秒(更佳為60至600秒，最佳為120至360秒)。一般而言，該注入期(CP)將受到可固化材料之成膠時間限制。較佳為，該注入期(CP)小於或等於待注入模具空腔中之可固化材料之成膠時間。更佳為，該注入期(CP)小於該可固化材料之成膠時間。
注入速率(CR)(單位為kg/sec)可於注入期(CP)之時程中變化。例如，注入速率(CR)，可為間歇性。亦即，該注入速率(CR)可於注入期之時程中有一或多次瞬間降至零。較佳為，該可固化材料可於注入期期間以基本上固定之速率注入模具空腔。更佳為，該可固化材料可於注入期(CP)期間以基本上固定之速率注入模具空腔，具有平均注入速率(CRavg)0.015至2kg/秒(更佳為0.015至1kg/秒；最佳為0.08至0.4kg/秒)。
該注入期(CP)分成稱為初始階段、過渡階段與剩餘階段之三個獨立階段。初始階段之開始對應於注入期(CP)之開始。初始階段之結束緊接著進行過渡階段之開始。過渡階段之結束緊接著進行剩餘階段之開始。剩餘階段之結束對應於注入期(CP)之結束。
噴嘴會在注入期(CP)期間移動或變形(如縮短)，使得噴嘴開口的位置於所有三個維度方向移動。噴嘴(60)會在注入期(CP)期間移動或變形(如縮短)，使得噴嘴開口(62)的位置在注入期 (CP)期間，沿著模具空腔的中心軸(Caxis)(122)，相對於模具空腔(120)的水平內部邊界(112)移動，以維持噴嘴開口(62)的位置於可固化材料(70)之頂部表面(72)上方(當可固化材料(70)收集至模具空腔(120)時)(請見第5A至5B圖)。較佳為，噴嘴開口(62)的位置在注入期(CP)期間，沿著模具空腔的中心軸(Caxis)(122)，相對於模具空腔(120)的水平內部邊界(112)移動，以於可固化材料收集至該模具空腔中時，維持噴嘴開口(62)的位置於可固化材料(70)之頂部表面(72)上方的一段高度(65)處(當可固化材料(70)收集至模具空腔(120)時)；其中，該高度為>0至30mm(更佳為>0至20mm；最佳為5至10mm)(請見第5B圖)。在注入期期間，噴嘴開口的位置在其運行中可沿著模具空腔的中心軸(Caxis)(即其z方向之運行)瞬間暫停。較佳為，噴嘴開口的位置可沿著模具空腔的中心軸(Caxis)，於每一個過渡階段之過渡點(TPTP)(若有的話)，以及每一剩餘階段之過渡點(TPRP)，瞬間暫停(即噴嘴開口的位置於z方向之運動瞬間暫停)。
在注入期之整個初始階段(即在初始階段期間)，噴嘴開口之位置位於模具空腔之圓環孔洞區域中。噴嘴開口的位置可於整個初始階段期間維持靜止，其中，該初始階段起點(SPIP)，與初始階段終點(EPIP)位於相同位置(即SPIP=EPIP)。較佳為，當SPIP=EPIP，該初始階段為>0至90秒長(更佳為>0至60秒長；最佳為5至30秒長)。最佳為，從注入期之初始階段開始直至模具空腔中可固化材料之頂部表面開始升高(此瞬間過渡階段開始)，噴嘴開口的位置維持靜止；其中，該初始階段起點(SPIP)(80)，以及初始階段終點(EPIP)(81a)(該點與過渡階段起點(SPTP)(82a)一 致)，係沿著模具空腔的中心軸(Caxis)(222)位於模具空腔(220)之圓環孔洞區域(140)中之相同位置。較佳為，其中，圓環孔洞區域(140)為正圓柱形；以及，其中圓環孔洞的對稱軸(DHaxis)(142)，係與模具空腔的中心軸(Caxis)(222)及z-軸一致(請見第6A至6C圖)。噴嘴開口的位置可於初始階段期間移動，其中初始階段起點(SPIP)與初始階段終點(EPIP)不同(即SPIP≠EPIP)。較佳為，當SPIP≠EPIP；該初始階段為>0至(CP-10.02)秒長；其中CP為注入期，單位為秒。更佳為，當SPIP≠EPIP；該初始階段為>0至(CP-30)秒長；其中CP為注入期，單位為秒。最佳為，在注入期之初始階段期間，當模具空腔(220)中可固化材料之頂部表面開始升高，噴嘴開口的位置較佳於模具空腔(220)圓環孔洞區域(140)內，沿著模具空腔的中心軸(Caxis)(222)移動，而從初始階段起點(SPIP)(80)移至初始階段終點(EPIP)(81b)(該點與過渡階段起點(SPTP)(82b)一致)，以於注入期之初始階段將可固化材料收集至該模具空腔(220)中時，維持噴嘴開口的位置在可固化材料的頂部表面之上方的一段高度處(請見第6A至6C圖)。
噴嘴開口的位置在注入期之過渡階段期間，會由模具空腔之圓環孔洞區域中之一點，移至圓環區域中之一點。較佳為，過渡階段為0.02至30秒長(更佳為0.2至5秒長；最佳為0.6至2秒長)。較佳為噴嘴開口之位置會在過渡階段相對於模具空腔的中心軸(Caxis)移動，平均速度為10至70mm/sec(更佳為15至35mm/sec，最佳為20至30mm/sec)。較佳為，於過渡階段之每一過渡點(TPTP)(若有的話)，以及於過渡階段終點(EPTP)，噴嘴開口的位置相對於模具空腔的中心軸Caxis之移動，會在其運行中瞬間暫 停。較佳為，在過渡階段期間，噴嘴開口的位置會由過渡階段起點(SPTP)移動通過複數個過渡階段過渡點(TPTP)，至過渡階段終點(EPTP)；其中，投影至x-y平面之過渡階段路徑近似曲線(更佳為其中該過渡階段路徑近似平緩的螺形)。最佳為，在過渡階段期間，噴嘴開口的位置直接由過渡階段起點(SPTP)，移動至過渡階段終點(EPTP)；其中，投影至x-y平面之過渡階段路徑為一線狀。
第6A至6C圖說明模具空腔(220)中之三種不同過渡階段路徑，該模具空腔(220)具有中心軸(Caxis)(222)；具有對稱軸(DHaxis)(142)之正圓柱狀圓環孔洞區域(140)；以及具有對稱軸(Daxis)(152)之環狀圓環區域(150)；其中，模具空腔的中心軸(Caxis)(222)、圓環孔洞之對稱軸(DHaxis)(142)以及圓環之對稱軸(Daxis)(152)之每一者皆與z軸一致。第6A至6C圖中之第一過渡階段路徑起始於模具空腔(220)的圓環孔洞區域(140)中之過渡階段起點(SPTP)(82a)，並直接進入模具空腔(220)的圓環區域(150)中之過渡階段終點(EPTP)(89)；其中，投影至x-y平面(130)之過渡階段路徑(83a)為單一直線(84)。第6A至6C圖中，第二過渡階段路徑起始於模具空腔(220)圓環孔洞區域(140)中之過渡階段起點(SPTP)(82b)，並直接進入模具空腔(220)的圓環區域(150)中之過渡階段終點(EPTP)(89)，其中，投影至x-y平面(130)之過渡階段路徑(83b)為單一直線(84)。第6A至6C圖中，第三過渡階段路徑起始於圓環孔洞區域(140)中之過渡階段起點(SPTP)(82a)；轉移通過圓環孔洞區域(140)中之過渡階段之過渡點(TPTP)(88)；之後進入位於圓環區域(150)中之過渡階段終點(EPTP)(89)；其中，該過渡階段路徑(85)在x-y平面(130)上投影出一對連接線(87)。請注意，過渡階段終點(EPTP)(89) 對應於剩餘階段起點(SPRP)(90)(即該等位於相同位置)。
在注入期之剩餘階段期間，噴嘴開口的位置係位於圓環區域內(即在注入期剩餘階段之某些時段，該噴嘴開口的位置可通過或位於圓環孔洞區域中)。較佳為，在注入期之整個剩餘階段時程中(即剩餘階段期間)，噴嘴開口的位置位於圓環區域內。較佳為，其中，該剩餘階段為10秒長。更佳為，剩餘階段為10至<(CP-0.2)秒長；其中CP為注入期，單位為秒。再更佳為，剩餘階段為30至<(CP-0.2)秒長；其中CP為注入期，單位為秒。最佳為，剩餘階段為0.66*CP至<(CP-0.2)秒長；其中CP為注入期，單位為秒。較佳為，在剩餘階段期間，噴嘴開口的位置會相對於模具空腔的中心軸(Caxis)移動，平均速度為10至70mm/sec(更佳為15至35mm/sec，最佳為20至30mm/sec)。較佳為，噴嘴開口的位置會於每一個剩餘階段之過渡點(TPRP)短暫暫停其相對於模具空腔的中心軸(Caxis)之運行(即噴嘴開口的位置於x與y方向之運行瞬間暫停)。較佳為，在剩餘階段期間，從剩餘階段起點(SPRP)至剩餘階段之每一個過渡點(TPRP)，噴嘴開口的位置會相對於模具空腔的中心軸(Caxis)以固定速率移動。較佳為，在剩餘階段期間，噴嘴開口的位置會由剩餘階段起點(SPRP)，移動通過複數個剩餘階段過渡點(TPRP)；其中，剩餘階段路徑於x-y平面上投影出一系列之連接線。較佳為，剩餘階段之過渡點(TPRP)皆位於模具空腔之圓環區域內。較佳為，剩餘階段路徑於x-y平面上所投影出之一系列連接線，近似圓形或二維螺形，該螺形與模具空腔的中心軸(Caxis)之距離有變化。較佳為，剩餘階段路徑於x-y平面上投影出近似二維螺形之一系列連接線，其中，連續之剩餘階段過渡點(TPRP)， 以與模具空腔的中心軸(Caxis)之距離為漸增或漸減之方式投影至x-y平面上。更佳為，剩餘階段路徑於x-y平面上所投影出之一系列連接線近似圓形，其中，連續之剩餘階段過渡點(TPRP)，以與模具空腔的中心軸(Caxis)之距離相等之方式投影至x-y平面上；其中剩餘階段路徑於x-y平面上所投影出之一系列連接線為規則多邊形(即等邊或等角)。較佳為，其中該規則多邊形具有5邊(更佳8邊；最佳10邊；較佳100邊；更佳50邊；最佳20邊)。最佳為，其中剩餘階段路徑近似螺旋形。亦即，在剩餘階段期間，噴嘴開口的位置會沿著模具空腔的中心軸(Caxis)連續移動，以維持於模具空腔中收集之可固化材料之頂部表面上方之所欲高度，而噴嘴開口的位置會同時畫出一路徑，其於x-y平面上投影出一規則多邊形(較佳為，其中規則多邊形具5至100個邊；更佳為5至50個邊；再更佳為8至25個邊；最佳為8至15個邊)。
第7A至7C圖說明較佳之剩餘階段路徑(95)之一部分，其接近螺旋狀，位於模具空腔(220)中，模具空腔(220)具有中心軸(Caxis)(222)；具有對稱軸(DHaxis)(142)之正圓柱狀圓環孔洞區域(140)；具有對稱軸(Daxis)(152)之環狀圓環區域(150)；其中模具空腔的中心軸(Caxis)(222)、圓環孔洞之對稱軸(DHaxis)(142)以及圓環之對稱軸(Daxis)(152)的每一者皆與z軸一致。剩餘階段路徑(95)起始於起始於模具空腔(220)之圓環區域(150)中之剩餘階段起點(SPRP)(90)，之後經過模具空腔(220)之圓環區域(150)中之複數個剩餘階段過渡點(TPRP)(92)；其中，所有剩餘階段過渡點(TPRP)皆與模具空腔的中心軸(Caxis)(222)距離相等；以及，其中剩餘階段路徑(95)於x-y平面(130)上投影出十條等長的線(97)，以形成規則十邊形 (100)。請注意，剩餘階段起點(SPRP)(90)對應於過渡階段終點(EPTP)(89)(即該等位於相同位置)。
該可固化材料較佳係包含液體預聚物。較佳為，該可固化材料包含液體預聚物與複數個微元件，其中該複數個微元件係均勻分散於該液體預聚物中。
該液體預聚物較佳經聚合(即固化)以形成包含聚(氨基甲酸乙酯)之材料。更佳為，該液體預聚物經聚合(固化)以形成聚氨基甲酸乙酯。或者，該液體預聚物係可融熔加工之熱塑性材料。較佳為，該可融熔加工之熱塑性材料係選自下列所組成的群組：熱塑性聚(氨基甲酸乙酯)(TPU)、聚碸、聚醚碸、尼龍、聚醚、聚酯、聚苯乙烯、丙烯酸系聚合物、聚脲、聚醯胺、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚乙烯亞胺、聚丙烯腈、聚環氧乙烷、聚烯烴、聚丙烯酸(烷基)酯、聚甲基丙烯酸(烷基)酯、聚醯胺、聚醚醯亞胺、聚酮、環氧樹脂、矽氧樹脂、乙烯丙烯二烯單體形成的聚合物、蛋白質、多醣、聚乙酸酯，以及前述之至少二者組合。
較佳為，該液體預聚物包括含聚異氰酸酯之材料。更佳為，該液體預聚物包含聚異氰酸酯(如二異氰酸酯)與含羥基材料之反應產物。
較佳為，該聚異氰酸酯係選自於亞甲基雙4,4’-環己基異氰酸酯；環己基二異氰酸酯；異佛爾酮二異氰酸酯；六亞甲基二異氰酸酯；伸丙基-1,2-異氰酸酯；四亞甲基-1,4-二異氰酸酯；1,6-六亞甲基二異氰酸酯；十二烷-1,12-二異氰酸酯；環丁烷-1,3-二異氰酸酯；環己烷-1,3-二異氰酸酯；環己烷-1,4-二異氰酸 酯；1-異氰酸基-3,3,5-三甲基-5-異氰酸基甲基環己烷；甲基環伸己基二異氰酸酯；六亞甲基二異氰酸酯之三異氰酸酯；2,4,4-三甲基-1,6-己烷二異氰酸酯之三異氰酸酯；六亞甲基二異氰酸酯之異氰酸酯二聚體；伸乙基二異氰酸酯；2,2,4-三甲基六亞甲基二異氰酸酯；2,4,4-三-甲基六亞甲基二異氰酸酯；二環己基甲烷二異氰酸酯，及其組合物。最佳為，該聚異氰酸酯為脂族，並具有小於14%之未反應異氰酸酯基團。
較佳為，使用於本發明中之含羥基材料為多元醇。例示性多元醇包括，例如：聚醚多元醇、羥基-末端聚丁二烯(包括部分或完全氫化衍生物)、聚酯多元醇、聚己內酯多元醇、聚碳酸酯多元醇，及其混合物。
較佳之多元醇包括聚醚多元醇。聚醚多元醇之實例包括聚四亞甲基醚二醇(“PTMEG”)、聚伸乙基丙二醇、聚氧基丙二醇，及其混合物。該碳氫鏈可具有飽和或不飽和鍵，以及經取代或未經取代之芳香族與環狀基團。較佳為，本發明之多元醇包括PTMEG。適當之聚酯類多元醇包括但不侷限於，聚己二酸乙二醇；聚己二酸丁二醇；聚己二酸乙二醇丙二醇酯；鄰苯二甲酸酯-1,6-己二醇；聚(六伸甲基己二酸)二醇；及其混合物。該碳氫鏈可具有飽和或不飽和鍵結，或經取代或未經取代之芳香族與環狀基團。適當之聚己內酯多元醇包括但不侷限於，1,6-己二醇-起始之聚己內酯；二乙二醇起始之聚己內酯；三羥甲基丙烷起始之聚己內酯；新戊二醇起始之聚己內酯；1,4-丁二醇-起始之聚己內酯；PTMEG-起始之聚己內酯；及其混合物。該碳氫鏈可具有飽和或不飽和鍵結，或經取代或未經取代之芳香族與環狀基團。適 當之聚碳酸酯包括，但不侷限於，聚苯二甲酸酯碳酸酯與聚(六伸乙基碳酸酯)二醇。
較佳為，該複數個微元件係選自包埋氣泡、空心聚合物材料(即微球體)、液體填充空心聚合物材料、水溶性材料(如環糊精)，以及不溶相材料(如礦物油)。較佳為，該複數個微元件為微球體，如聚乙烯醇、果膠、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚(二氯亞乙烯)、羥基乙基纖維素、甲基纖維素、羥基丙基甲基纖維素、羧基甲基纖維素、羥基丙基纖維素、聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、聚乙二醇、聚羥基醚丙烯酸酯、澱粉、馬來酸共聚物、聚環氧乙烷、聚氨基甲酸乙酯、環糊精，及其混合物(如ExpancelTM，得自Akzo Nobel of Sundsvall,Sweden)。該微球體可經化學性修飾以改變其溶解度、膨潤度與其他特性，例如藉由分支、封阻與交聯修飾。較佳為，該微球體具有平均直徑小於150μm，更佳為平均直徑小於50μm。最佳為，該微球體48具有平均直徑小於15μm。請注意，微球體之平均直徑可變化，並可使用不同尺寸或不同微球體48之混合物。微球體之最佳材料為丙烯腈與二氯乙烯之共聚物(如Expancel®，得自Akzo Nobel)。
該液體預聚物視需要更包含固化劑。較佳之固化劑包括二胺類。適當之聚二胺包括一級與二級胺。較佳之聚二胺包括但不侷限於，二乙基甲苯二胺(“DETDA”)；3,5-二甲基硫基-2,4-甲苯二胺與其異構物；3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺與其異構物(如3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺)；4,4’-雙-(第二丁基胺基)-二苯基甲烷；1,4-雙-(第二丁基胺基)-苯；4,4’-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)；4,4’-亞甲基-雙-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(“MCDEA”)；聚四亞甲基氧 基-二-p-胺基苯甲酸酯；N,N’-二烷基二胺基二苯基甲烷；p,p’-亞甲基二苯胺(“MDA”)；m-伸苯基二胺(“MPDA”)；亞甲基-雙2-氯苯胺(“MBOCA”)；4,4’-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)(“MOCA”)；4,4’-亞甲基-雙-(2,6-二乙基苯胺)(“MDEA”)；4,4’-亞甲基-雙-(2,3-二氯苯胺)(“MDCA”)；4,4’-二胺基-3,3’-二乙基-5,5’-二甲基二苯基甲烷、2,2’,3,3’-四氯二胺基二苯基甲烷；三甲二醇二-p-胺基苯甲酸酯；及其混合物。較佳為，該二胺類固化劑係選自3,5-二甲基硫基-2,4-甲苯二胺，及其異構物。
固化劑亦可包括二醇類、三醇類、四醇類與羥基-末端固化劑。適當之二醇類、三醇類與四醇類基團包括乙二醇；二乙二醇；聚乙二醇；丙二醇；聚丙二醇；較低分子量之聚四亞甲基醚二醇；1,3-雙(2-羥基乙氧基)苯；1,3-雙-[2-(2-羥基乙氧基)乙氧基]苯；1,3-雙-{2-[2-(2-羥基乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯；1,4-丁二醇；1,5-戊二醇；1,6-己二醇；間-苯二酚-二-(β-羥基乙基)醚；對苯二酚-二(β-羥基乙基)醚；及其混合物。較佳之羥基-末端固化劑包括1,3-雙(2-羥基乙氧基)苯；1,3-雙-[2-(2-羥基乙氧基)乙氧基]苯；1,3-雙-{2-[2-(2-羥基乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯；1,4-丁二醇；及其混合物。該羥基-末端與二胺類固化劑可包括一或多個飽和、不飽和、芳香族與環狀基團。此外，該羥基-末端與二胺類固化劑可包括一或多個鹵素基團。
較佳為，本發明方法所提供之研磨層具有350MPa之楊氏模數(Young’s modulus)(較佳為，10至200MPa)，其係藉由ADTM D412(D412-02版)所描述之測試方法所測量。
於本發明之較佳方法中，具有未溝槽化研磨表面之 研磨層係衍生自固化餅狀物，並藉由使用具有刀刃之切割刀片切割該固化餅狀物為至少一層具有未溝槽化研磨表面之研磨層。較佳為，將磨刀化合物施用至該切割刀片之刀刃，且於切割該餅狀物以提供至少一層具有未溝槽化研磨表面之研磨層前，以磨刀皮條磨利該刀刃。用於本發明方法之磨刀化合物較佳係包含分散於脂肪酸中之氧化鋁研磨劑。更佳為，本發明方法中所使用之磨刀化合物包含70至82wt%氧化鋁研磨劑，其分散於18至35wt%脂肪酸中。本發明方法中所使用之磨刀皮條較佳為皮革磨刀皮條。最佳為，本發明方法中所使用之磨刀皮條為設計用於與旋轉工具(如Dremel®旋轉工具)一同使用之皮革磨刀皮條。視需要地，該經固化之餅狀物係經加熱以幫助切割操作。較佳為，在切割操作期間，經固化之餅狀物係使用紅外線加熱燈加熱，其中該經固化之餅狀物係切割以提供具有未溝槽化研磨表面之研磨層。
經機械加工成未溝槽化研磨表面之至少一個彎曲溝槽係選自由複數個同心圓狀溝槽及至少一個螺旋狀溝槽所組成的群組。更佳為，經機械加工成未溝槽化研磨表面之至少一個彎曲溝槽係為複數個同心圓狀、實質上圓形溝槽。最佳為，該研磨層具有實質上圓形之橫截面，以及該經機械加工成未溝槽化研磨表面之至少一個彎曲溝槽係為複數個同心圓狀、實質上圓形溝槽，其中，各溝槽具有對稱軸，該對稱軸與該研磨表面之平面中該研磨層之對稱軸實質上一致。
較佳為，該至少一個彎曲溝槽具有350μm的溝槽深度。更佳為，該至少一個彎曲溝槽具有500μm的溝槽深度。再更佳為，該至少一個彎曲溝槽具有500μm至2,500μm的溝槽 深度。還更佳為，該至少一個彎曲溝槽具有500μm至1,500μm的溝槽深度。最佳為，該至少一個彎曲溝槽具有500密耳(mils)至1,250密耳的溝槽深度。
於XY網格圖案之該複數個直線溝槽係經機械加工為研磨表面，之後機械加工該至少一個彎曲溝槽。較佳為，藉由逐步向下製程(step down process)機械加工該複數個直線溝槽，其中，溝槽切割工具作出多次連續切割動作，以形成各直線溝槽，以及其中，各連續切割動作增加所形成的該直線溝槽的深度。較佳為，該逐步向下製程包含至少兩個具有切割工具之連續動作。更佳為，該逐步向下製程包含四至十個具有切割工具之連續動作。最佳為，該逐步向下製程包含四至六個具有切割工具之連續動作。每個動作之最大較佳切割深度係取決於所溝槽化材料之模數，使得所溝槽化材料之模數越低，每個動作之最大較佳切割深度越低。較佳為，該溝槽切割工具具有1至60cm/sec之進料速率(更佳為，5至60cm/sec；最佳為，5至20cm/sec)。較佳為，於機械加工操作期間，該研磨層(包括該研磨表面)係於室溫下形成該XY網格圖案。更佳為，於機械加工操作期間，該研磨層(包括該研磨表面)係於18至25℃之溫度下形成該XY網格圖案。
較佳為，該複數個形成XY網格之直線溝槽具有350μm的溝槽深度。更佳為，形成XY網格之該複數個直線溝槽具有500μm的溝槽深度。再更佳為，形成XY網格之該複數個直線溝槽具有500μm至2,500μm的溝槽深度。還更佳為，形成XY網格之該複數個直線溝槽具有500μm至1,500μm的溝槽深度。最佳為，形成XY網格之該複數個直線溝槽具有500μm至1,250 μm的溝槽深度。
較佳為，使用本發明較佳方法製造之餅狀物，包含較少密度缺陷，此係相較於使用相同方法但在整個注入期(CP)，噴嘴開口的位置僅沿著模具空腔的中心軸(Caxis)於單一維度方向移動(亦即，於可固化材料收集至該模具空腔中時，將該位置維持在模具空腔中可固化材料頂部表面之上方的預定高度處)製造之餅狀物而言。更佳為，其中，使用本發明較佳方法製造之餅狀物，每一餅狀物可提供至少50%(更佳為至少75%；最佳為至少100%)更多之無密度缺陷研磨層。再更佳為，其中，該模具空腔具有實質上圓形之橫截面，其平均半徑為rC；其中，rC為40至60cm；以及，其中使用本發明方法製造之餅狀物，可提供2倍(較佳為3倍)數目增加之無密度缺陷研磨層，此係相較於使用相同方法但在整個注入期(CP)，噴嘴開口的位置僅沿著模具空腔的中心軸(Caxis)於單一維度方向移動所製造者之餅狀物的數目而言。
較佳為，使用本發明較佳方法製造之具有未溝槽化研磨表面之研磨層具有較低之表面粗糙度，此係相較於使用相同方法但在整個注入期(CP)，噴嘴開口的位置僅沿著模具空腔的中心軸(Caxis)於單一維度方向移動(即，於可固化材料收集至該模具空腔中時，將該位置維持在模具空腔中可固化材料頂部表面之上方的預定高度處)，且在餅狀物切割前，切割刀片係以石頭而非磨刀皮條墊磨利製造之其他餅狀物而言。更佳為，其中使用本發明較佳方法提供之具有未溝槽化研磨表面之研磨層，其表面粗糙度降低至少10%(更佳為至少20%；最佳為至少25%)之研磨表面。
較佳為，使用本發明較佳方法製造之具有至少一個 彎曲溝槽與XY網格圖案之複數個直線溝槽組合之經溝槽化研磨表面之研磨層包含較少之縱梁缺陷(stringer defects)，此係相較於使用相同方法但使用傳統機械加工撓性發泡體方法機械加工該複數個直線溝槽(此即使用單一動作全深度切割技術)所製造之研磨層而言。
將於下列實施例詳細描述本發明之具體實施例。
實施例
使用上述鑄造及切割製程製備具有未溝槽化研磨表面之研磨層，平均厚度為2.0mm及根據ASTM D412-02如在表1中測得之楊氏模數。然後，首先在車床上機械加工每一個未溝槽化研磨層以形成具有762微米(micron)深度、508微米寬度和3.0mm間距之公稱尺寸之研磨表面的圓形溝槽圖案。然後，在銑床上進行第二次機械加工操作各研磨層，以產生複數個具有787微米深度、2.0mm寬度和40.0mm間距之公稱尺寸之XY網格圖案之直線溝槽，其XY網格圖案係疊加在該圓形溝槽圖案上。在二組研磨層上機械加工該XY網格圖案。於第一組中，使用單一全深度切割動作形成該XY網格圖案。於第二組中，使用逐步向下製程形成該XY網格圖案，其中，六個連續、非全深度切割動作係用於形成溝槽。於各研磨層所產生之縱梁缺陷數目(於第9圖所表示之種類)係列於表1中。如從此數據所顯現，該縱梁缺陷數目於使用該逐步向下製程中顯著地減少。縱梁缺陷減少，△，係列於表1(其中，△=全深度切割製程之縱梁缺陷計數-逐步向下切割製程之縱梁缺陷計數)。此外，一般而言，用於該研磨層之材料模數越低，與使用該逐步向下製程機械加工該溝槽有關之利益越高。
10‧‧‧模具
12‧‧‧襯墊頂部表面
15‧‧‧周圍壁
14‧‧‧水平內部邊界
18‧‧‧垂直內部邊界
20‧‧‧模具空腔
21‧‧‧中心點
22‧‧‧模具空腔的中心軸
24‧‧‧橫截面
30‧‧‧x-y平面

Claims (8)

  1. 一種製造研磨層的方法，該研磨層具有用於化學機械研磨墊之經溝槽化研磨表面，其中，該方法包含：提供具有未溝槽化研磨表面之研磨層，包括：提供模具，其具有模具基座以及與該模具基座附接之周圍壁；提供具有頂部表面、底部表面以及平均厚度為2至10公分之襯墊；其中，該襯墊之該頂部表面定義模具空腔之水平內部邊界，其中，該模具之該內部水平邊界沿著x-y平面而定向，其中，該模具空腔具有與該x-y平面垂直的中心軸(Caxis)，以及其中，該模具空腔具有圓環孔洞區域與圓環區域；提供黏著劑；提供包含液態預聚合物和複數個微元件之可固化材料；提供具有噴嘴開口之噴嘴；提供具有刀刃之切割刀片；提供磨刀皮條；提供磨刀化合物；使用該黏著劑將該襯墊之該底部表面黏合至該模具基座，其中，該襯墊之該頂部表面與該周圍壁定義出該模具空腔；在注入期(CP)期間，經由該噴嘴開口將該可固化材料注入至該模具空腔中；其中，該注入期(CP)期間分成稱為初始階段、過渡階段與剩餘階段之三個獨立階段；其中，該噴嘴 開口具有位置，以及其中，在該注入期(CP)期間，該噴嘴開口的該位置沿著該模具空腔的該中心軸(Caxis)相對於該模具基座移動，以於該可固化材料收集至該模具空腔中時，將該噴嘴開口的該位置維持在該模具空腔中該可固化材料之頂部表面上方；其中，在整個該初始階段，該噴嘴開口的該位置位於該圓環孔洞區域內；其中，在該過渡階段，該噴嘴開口的該位置由該圓環孔洞區域內轉移至該圓環區域內；以及其中，在該剩餘階段，該噴嘴開口的該位置位於該圓環區域內；使該模具空腔中之該可固化材料固化成餅狀物；將該周圍壁自該模具基座及該餅狀物分離；將該磨刀化合物施加至該刀刃；以該磨刀皮條將該切割刀片磨利；以及使用該切割刀片將該餅狀物切片，以提供具有未溝槽化研磨表面之該研磨層；首先機械加工至少一個彎曲溝槽至該未溝槽化研磨表面；以及，之後機械加工XY網格圖案之複數個直線溝槽至該研磨表面，以產生具有經溝槽化研磨表面之該研磨層；其中，藉由逐步向下製程機械加工該複數個直線溝槽，其中，溝槽切割工具作出多次連續切割動作以形成各直線溝槽，以及其中，各連續切割動作增加所形成的該直線溝槽的深度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，形成該XY網格之該複數個直線溝槽的溝槽深度350μm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該溝槽切割工具具有1至60公分/秒的進料速率。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該至少一個彎曲溝槽係選自由複數個同心狀溝槽及至少一個螺旋狀溝槽所組成的群組。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該研磨層提供展現350MPa之楊氏模數。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，在該剩餘階段期間，該噴嘴開口的該位置相對於該模具空腔的中心軸(Caxis)之移動，會在其運行中瞬間暫停。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該模具空腔具有近似正圓柱形區域，該正圓柱形區域具有實質上圓形之橫截面(Cx-sect)；其中，該模具空腔具有對稱軸(Cx-sym)，其與該模具空腔的中心軸(Caxis)一致；其中，該正圓柱形區域的橫截面面積(Cx-area)，定義如下：Cx-area=π rC 2，其中，rC為投影至該x-y平面之該模具空腔的橫截面面積(Cx-area)的平均半徑；其中，該圓環孔洞區域為在該模具空腔中將圓形橫截面(DHx-sect)投影至該x-y平面上的正圓柱形區域，該正圓柱形區域具有對稱軸(DHaxis)；其中，該圓環孔洞的橫截面面積(DHx-area)定義如下：DHx-area=π rDH 2，其中，rDH為該圓環孔洞區域之圓形橫截面(DHx-sect)之半徑；其中，該圓環區域為在該模具空腔中將環狀橫截面(Dx-sect)投影 至該x-y平面上之環形區域，該環形區域具有圓環區域對稱軸(Daxis)；其中，該環狀橫截面(Dx-sect)的橫截面面積(Dx-area)定義如下：Dx-area=π RD 2-π rD 2其中，RD為該圓環區域之環狀橫截面(Dx-sect)之較大半徑；其中，rD為該圓環區域之環狀橫截面(Dx-sect)之較小半徑；其中，rD rDH；其中，RD>rD；其中，RD<rC.；其中，該Cx-sym、該DHaxis與該Daxis的每一者皆與該x-y平面垂直。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中，相較於使用相同方法但在整個該注入期(CP)期間，該噴嘴開口的該位置僅沿著該模具空腔的中心軸(Caxis)於單一維度方向移動而製造之其他餅狀物，自其所提供之該研磨層之該餅狀物展現較少之密度缺陷；以及，其中，相較於使用相同方法所但使用單一動作全深度切割技術所機械加工之該複數個直線溝槽而製造之其他餅狀物，該研磨層展現較少之縱梁缺陷。
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